基于Petri Net的双臂组合设备的故障响应策略的研究

【摘要】半导体制造作为互联网和信息化的基础,它的发展水平是体现一个国家现代经济和高科技力量的重要象征。随着半导体晶圆的直径日趋变大,以及加工工艺日趋复杂,传统的批处理加工方式已经不能满足于晶圆的制造需求,所以,晶圆制造厂商趋向采用组合设备(Clustertool)加工。考虑到生产效率、作业空间以及污染等因素,组合设备一般设置多个加工模块(Processingmodule,PM)和一个传输模块(Transfermodule,TM),并将组合设备放置在真空密闭的环境之中。某些加工工艺有逗留时间的严格约束,并且在加工模块之间除了机械手之外没有其他的任何缓冲空间,故使得组合设备的调度异常困难；另外,组合设备中的加工模块不可避免的会出现故障,有时出现的故障会持续几个小时,因此,组合设备在出现故障后存在可调度情形的话,那么故障后的响应使得组合设备继续完成晶圆加工是非常关键的。本文的研究是基于PetriNet的双臂组合设备的故障响应策略。在晶圆制造中,某道工序为整个晶圆加工过程的瓶颈,需要设置多个加工模块以匹配整个加工流程,以增加晶圆加工的灵活性并满足于工艺要求。PetriNet能描述离散事件动态系统的并行、冲突,是一种有效的事件驱动系统模型工具,也是数学和图形的建模工具,它被广泛应用于离散事件的仿真、控制。本文建立了双臂组合设备的PetriNet模型,利用该模型能够针对晶圆加工的逗留时间以及机械手从真空锁或者加工模块卸载晶圆之前的等待时间进行描述。利用所建立的双臂组合设备的PetriNet模型,能够在时间确定的条件下分析该系统的可调度性,在时间波动的条件下进行调度可行性验证。双臂组合设备的某个加工工序存在并行模块,当该工序其中的一个模块发生故障后,系统可能会继续完成晶圆的加工。但是,双臂组合设备发生故障后,如何运行控制系统的问题仍没解决。通过建立双臂组合设备的PetriNet模型,本文分析了并行模块中一个模块发生故障前后可行调度的问题。并行模块发生故障后,如果双臂组合设备不正确地运行控制,会造成正在加工的晶圆违反严格的逗留时间约束,直接影响到晶圆的质量,甚至使得晶圆报废。事实上,组合设备如何从发生故障前的稳态过渡到发生故障后的稳态是故障响应的关键。针对不同的故障情形,本文提出了相应的控制策略,使得系统在保证加工的晶圆满足质量要求的前提下继续完成晶圆的加工。这是此领域研究的重要进展。最后,通过实例验证该响应策略的正确性。最后,本文给出了将来进一步的研究方向。
【作者】余华光；
【导师】白丽平；
【作者基本信息】广东工业大学，机械工程，2014，硕士
【关键词】晶圆制造；双臂组合设备；故障响应；PetriNet；

【参考文献】
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